技术特征：1.一种紧凑硅波导模式转换器，其特征在于，为基于具有倾斜的亚波长周期性扰动的电介质超曲面结构，包括：在soi基片上蚀刻形状的若干个周期个数，周期为λ、占空比、倾斜角度为θ的斜向亚波长扰动的顶层硅结构；
所述的斜向亚波长扰动的顶层硅结构满足模式耦合方程：其中：a、b分别为模式a、b的幅值，βa和βb分别表示模式a和模式b的传播系数；κab和κba代表波导模式a和b之间的交换耦合系数，即模式耦合系数，且κab＝κba*。
2.根据权利要求1所述的紧凑硅波导模式转换器，其特征是，所述的模式转换器，其相位匹配条件满足：根据该条件，tea模式和teb模式在δ/2上传播后异相，因此，在δ/2之后需要将κab从正值变为负值，以确保tea模式始终对转换为teb模式有转换贡献。
3.根据权利要求1或2所述的紧凑硅波导模式转换器，其特征是，所述的模式转换器，其耦合过程只需要一个耦合周期，即耦合长度l＝δ，并且倾斜角度其中：w为波导宽度，λ为亚波长结构的周期。
4.根据权利要求1所述的紧凑硅波导模式转换器，其特征是，所述的模式耦合系数进一步表示为其中：ea(x，y)和eb(x，y)分别代表波导模式a和b在没有微扰下的场分布，ω代表选择转换的频率，δε(x，y，z)表示周期性微扰对应的介电常数的变化，与刻蚀形状相关。
5.根据权利要求1所述的紧凑硅波导模式转换器，其特征是，所述的超表面结构图形通过在soi基片上刻蚀220nm的顶层硅实现，刻蚀深度为110～130nm，表面覆盖二氧化硅作为保护层。
技术总结一种紧凑硅波导模式转换器，为基于具有倾斜的亚波长周期性扰动的电介质超曲面结构，包括：在SOI基片上蚀刻形状的若干个周期个数，周期为Λ、占空比、倾斜角度为θ的斜向亚波长扰动的顶层硅结构；本发明采用具有倾斜的亚波长扰动的全介质超表面结构，可以实现紧凑的基模到任意高阶模的硅波导模式转换，能够大幅度提升光通信容量。
技术研发人员：王洪炜;张永;何宇;孙璐;苏翼凯
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2019.05.23
技术公布日：2020.11.24